[发明专利]电阻应变式消偏心二维引伸仪及其使用方法

摘要

本发明公开一种电阻应变式消偏心二维引伸仪及其使用方法。该引伸仪包括三U形传感器、辅助定位板和标准器。三U形传感器由两个带有夹持刀口并布置有电阻应变计的U形弹性体构成两个独立的径向引伸传感器，二者与一个布置有电阻应变计的弹性梁组成一个U形消偏心轴向引伸传感器。标准器用于径向引伸传感器的标定。该引伸仪的使用方法是，利用辅助定位板设定轴向引伸传感器的原始标距并将三U形传感器安装在被测试样上，三个弹性元件上的电阻应变计分别以全桥形式接入电阻应变测量仪；被测试样受到轴向载荷作用时，轴向引伸传感器实时输出轴向变形信号，两个径向引伸传感器实时输出两个夹持截面的直径信号。

主权项

电阻应变式消偏心二维引伸仪，其特征是包括三U形传感器（0）、辅助定位板（22）和标准器（28）三部分，其中三U形传感器（0）包括变截面梁弹性体（1）、上U形弹性体（2）、下U形弹性体（3）、四个刃块（6）、两块刚性压板（4、38）、两只刚性圆柱体（8、39）、四枚调节螺钉（9）和十二枚单轴电阻应变计R1~R12；变截面梁弹性体（1）有一个纵向对称面yx和一个横向对称面zx，横截面为矩形，中央横截面的面积最大，纵向四个侧面中有一个基准面（10），与基准面（10）相对的侧面是主刚度控制面（11），另外两个相互平行的侧面是副刚度控制面（12）；主刚度控制面（11）分为中央弧面（11a）、上平直面（11ub）、下平直面（11lb）、上斜直面（11uc）和下斜直面（11lc）五部分，将变截面梁弹性体对称地分为五段：中央高刚度段Sa、上应变敏感段Sub、下应变敏感段Slb、上连接定位段Suc和下连接定位段Slc；上斜直面（11uc）和下斜直面（11lc）与基准面（10）有夹角θ，θ≤2°；上连接定位段Suc上与上斜直面（11uc）相对的一面是斜直面（11uo），斜直面（11uo）与上斜直面（11uc）平行；下连接定位段Slc上与下斜直面（11lc）相对的一面是斜直面（11lo），斜直面（11lo）与下斜直面（11lc）平行；在上连接定位段Suc和下连接定位段Slc的中部各加工有一个圆柱形通孔（13），二者的轴线位于对称面yx内，夹角为2θ；上U形弹性体（2）形状对称，其结构包括第一基座（14）和与第一基座（14）两端固联的第一、第二变截面悬臂梁（C1、C2）；第一、第二变截面悬臂梁（C1、C2）的横截面均为矩形，且从自由端a到根部e分为头部ac和颈部ce两段，头部ac段的横截面面积大于颈部ce段的横截面面积；第一、第二两根变截面悬臂梁（C1、C2）在靠近自由端a处各并列加工有两个第一圆形台阶通孔（15），第一变截面悬臂梁（C1）上的两个第一圆形台阶通孔（15）与第二变截面悬臂梁（C2）上的两个第一圆形台阶通孔（15）分别同轴；在第一、第二两根变截面悬臂梁（C1、C2）的中部各加工有一个第一螺纹台阶孔（16），两个第一螺纹台阶孔（16）在靠近上U形弹性体（2）内侧的区段均为圆柱形光孔，靠近上U形弹性体（2）外侧的区段均为螺纹孔，光孔的直径小于螺纹孔的内径；两根变截面悬臂梁（C1、C2）上的第一螺纹台阶孔（16）处于同轴位置，形状和尺寸相同；在第一基座（14）的中部加工有第一变截面梁弹性体容槽（17）和第一螺纹孔（18），第一变截面梁弹性体容槽（17）的宽 度w1大于变截面梁弹性体（1）的宽度w0，第一变截面梁弹性体容槽（17）的深度h1大于变截面梁弹性体上连接定位段Suc的厚度h0，第一变截面梁弹性体容槽（17）的长度l1等于变截面梁弹性体上连接定位段Suc的长度l0，第一螺纹孔（18）的轴线位于上U形弹性体（2）的U形平面内，且与上U形弹性体（2）的轴线重合；下U形弹性体（3）与上U形弹性体（2）的形状和尺寸相同，其结构包括第二基座（32）和与第二基座（32）两端固联的第三、第四变截面悬臂梁（C3、C4）；第三、第四变截面悬臂梁（C3、C4）的横截面均为矩形，且从自由端f到根部i分为头部fg和颈部gi两段，头部fg段的横截面面积大于颈部gi段的横截面面积；第三、第四两根变截面悬臂梁（C3、C4）在靠近自由端f处各并列加工有两个第二圆形台阶通孔（33），第三变截面悬臂梁（C3）上的两个第二圆形台阶通孔（33）与第四变截面悬臂梁（C4）上的两个第二圆形台阶通孔（33）分别同轴；第三、第四两根变截面悬臂梁（C3、C4）的中部各加工有一个第二螺纹台阶孔（34），两个第二螺纹台阶孔（34）在靠近下U形弹性体（3）内侧的区段均为圆柱形光孔，靠近下U形弹性体（3）外侧的区段均为螺纹孔，光孔的直径小于螺纹孔的内径；两根变截面悬臂梁（C3、C4）上的第二螺纹台阶孔（34）处于同轴位置，形状和尺寸相同；在第二基座（32）的中部加工有第二变截面梁弹性体容槽（34）和第二螺纹孔（36），第二变截面梁弹性体容槽（35）的宽度w1大于变截面梁弹性体（1）的宽度w0，第二变截面梁弹性体容槽（35）的深度h1大于变截面梁弹性体下连接定位段Slc的厚度h0，第二变截面梁弹性体容槽（35）的长度l1等于变截面梁弹性体下连接定位段Slc的长度l0，第二螺纹孔（36）的轴线位于下U形弹性体（3）的U形平面内，且与下U形弹性体（3）的轴线重合；四个刃块（6）均为带有刀刃（19）、定位面（20）和两个螺纹孔（21）的硬质块体，四个刃块的形状和尺寸相同；其中两个刃块通过螺钉与上U形弹性体（2）的第一、第二两根变截面悬臂梁（C1、C2）上的第一圆形台阶孔（15）紧固，另两个刃块通过螺钉与下U形弹性体（3）的第三、第四两根变截面悬臂梁（C3、C4）上的第二圆形台阶孔（34）紧固，在上U形弹性体（2）和下U形弹性体（3）内侧各形成一副刀口，用于夹持被测试样（27）或标准器（28）；每副刀口的两条刀刃线相互平行，且与上U形弹性体（2）和下U形弹性体（3） 的U形平面平行，刀口的原始间距S0小于被测试样（27）或标准器（28）的最小直径dmin；两只刚性圆柱体（8、39）的形状和尺寸相同，长度大于上U形弹性体（2）上第一、第二变截面悬臂梁（C1、C2）的最小间距和下U形弹性体（3）上第三、第四变截面悬臂梁（C3、C4）的最小间距，其中第一刚性圆柱体（8）的两端分别置于上U形弹性体（2）的两个第一螺纹台阶孔（16）内，可以在第一螺纹台阶孔（16）的圆柱形光孔内作轴向滑动，第二刚性圆柱体（39）的两端分别置于下U形弹性体（3）的两个第二螺纹台阶孔（34）内，可以在第二螺纹台阶孔（34）的圆柱形光孔内作轴向滑动，在上U形弹性体（2）第一、第二变截面悬臂梁（C1、C2）的两个第一螺纹台阶孔（16）以及在下U形弹性体（3）第三、第四变截面悬臂梁（C3、C4）的两个第二螺纹台阶孔（34）上各有一枚调节螺钉（9），这四枚调节螺钉的前部均为光柱，后部均为螺纹段，光柱的直径小于螺纹的根径；四枚调节螺钉（9）分别与两只刚性圆柱体（8）、（39）配合，用于调整上U形弹性体（2）和下U形弹性体（3）的刀口间距S；两块刚性压板（4、38）是形状和尺寸相同的矩形平板，板的中部加工有圆柱形通孔；变截面梁弹性体（1）的上连接定位段Suc和下连接定位段Slc分别与上U形弹性体（2）的第一变截面梁弹性体容槽（17）和下U形弹性体（3）的第二变截面梁弹性体容槽（35）配合，并利用第一螺纹孔（18）、第二螺纹孔（36）、第一刚性压板（4）、第二刚性压板（38）和紧固螺钉（5），以间隙配合方式或者固定端结合方式连接；上U形弹性体（2）与下U形弹性体（3）的U形口朝向相同；变截面梁弹性体（1）与上U形弹性体（2）和下U形弹性体（3）的连接体构成三U形组合体（37）；在上U形弹性体（2）第一变截面悬臂梁（C1）的颈部ce的内外两侧沿梁的轴线方向对称粘贴有电阻应变计R1和R2，第二变截面悬臂梁（C2）的颈部ce的内外两侧沿梁的轴线方向对称粘贴有电阻应变计R3和R4；电阻应变计R1和R2用于感受第一变截面悬臂梁（C1）的弯曲线应变，电阻应变计R3和R4用于感受第二变截面悬臂梁（C2）的弯曲线应变，这四枚电阻应变计由导线连接，组成第一全桥电路（29）；在下U形弹性体（3）第三变截面悬臂梁（C3）的颈部gi的内外两侧沿梁的轴线方向对称粘贴有电阻应变计R5和R6，第四变截面悬臂梁（C4）的颈部gi的内外两侧沿梁的轴线方向对称粘贴有电阻应变计R7和R8；电阻应变计R5和R6用于感受第三变截面悬臂梁（C3）的弯曲线应变，电阻应变计R7和R8用于感受第四变截面悬臂梁（C4）的弯曲线应变，这四枚电阻应 变计由导线连接，组成第二全桥电路（30）；在变截面梁弹性体（1）上应变敏感段Sub的内外两侧沿梁的轴线方向对称粘贴有电阻应变计R9和R10，下应变敏感段Slb的内外两侧沿梁的轴线方向对称粘贴有电阻应变计R11和R12；电阻应变计R9、R10、R11和R12用于感受变截面梁弹性体（1）的弯曲线应变，这四枚电阻应变计由导线连接，组成第三全桥电路（31）；布置有电阻应变计R1、R2、R3、R4的上U形弹性体（2）和布置有电阻应变计R5、R6、R7和R8的下U形弹性体（3）分别构成两个独立的横向变形引伸传感器；上U形弹性体（2）和下U形弹性体（3）同时构成一对轴向变形引伸臂，这一对引伸臂与布置有电阻应变计R9、R10、R11和R12的变截面梁弹性体（1）配合，构成一个轴向变形引伸传感器；辅助定位板（22）为具有对称轴z和对称面zx的板状组合体，带有两个直角突肩（23）、V形槽（24）和一对平行侧面（25），这三组结构均处于对称位置；两个直角突肩（23）均位于平行侧面（25）的同一端，分别向平行侧面（25）的外侧突出，其棱线垂直于平行侧面（25）；两个直角突肩（23）的内直角平面与平行侧面（25）构成两个三维直角面；V形槽（24）位于直角突肩（23）所在的一侧，与辅助定位板（22）的主体板面围成直角结构，V形口朝向辅助定位板（22）的内侧，V形槽（24）自身的对称面垂直于平行侧面（25）且平行于对称轴z；辅助定位板（22）用于三U形传感器（0）在被测试样（27）或标准器（28）上的安装定位以及原始标距L0的设定；辅助定位板（22）上两个直角突肩（23）所在一端的端面为推压面（26），安装三U形传感器（0）时，通过推压面（26）对辅助定位板（22）施力；标准器（28）由若干直径不等的标准圆柱体组成，标准圆柱体的数量≥5，直径按等差规律排列，其中的最小直径值大于上U形弹性体（2）和下U形弹性体（3）的刀口间距；标准器（28）用于横向变形引伸传感器的校准。